遥感在环境检测中的应用_遥感在环境中的应用
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遥感在环境检测中的应用
班级：测绘C111 姓名：郑广震 学号：117568
遥感在环境检测中的应用
摘要：现阶段，由于多方面因素的影响，使得我国的城市环境污染日益严重，各类突发性环境污染事故比比皆是，从而导致生态环境失衡。环境监测作为控制环境污染的主要途径之一，其作用得以彰显。然而，我国幅员辽阔，仅凭现有的环境监测工作站及监测技术很难实现全方位监测，而且及时性和准确性也难以保证。遥感技术以其自身诸多优点，被广泛应用于各个领域当中，该技术在环境监测方面的效果也比较明显。基于此点，本文就城市环境监测中遥感技术的应用进行浅谈。
关键词：环境监测；遥感技术；红外遥感
一、遥感技术概述
遥感技术是从人造卫星、飞机或其他飞行器上收集地物目标的电磁辐射信息，判认地球环境和资源的技术。它是60年代在航空摄影和判读的基础上随航天技术和电子计算机技术的发展而逐渐形成的综合性感测技术。任何物体都有不同的电磁波反射或辐射特征。航空航天遥感就是利用安装在飞行器上的遥感器感测地物目标的电磁辐射特征，并将特征记录下来，供识别和判断。把遥感器放在高空气球、飞机等航空器上进行遥感，称为航空遥感。把遥感器装在航天器上进行遥感，称为航天遥感。完成遥感任务的整套仪器设备称为遥感系统。航空和航天遥感能从不同高度、大范围、快速和多谱段地进行感测，获取大量信息。航天遥感还能周期性地得到实时地物信息。因此航空和航天遥感技术在国民经济和军事的很多方面获得广泛的应用。例如应用于气象观测、资源考察、地图测绘和军事侦察等。
遥感技术是从远距离感知目标反射或自身辐射的电磁波、可见光、红外线，对目标进行探测和识别的技术。例如航空摄影就是一种遥感技术。人造地球卫星发射成功，大大推动了遥 感技术的发展。现代遥感技术主要包括信息的获取、传输、存储和处理等环节。完成上述功能的全套系统称为遥感系统，其核心组成部分是获取信息的遥感器。遥感器的种类很多，主要有照相机、电视摄像机、多光谱扫描仪、成象光谱仪、微波辐射计、合成孔径雷达等。传输设备用于将遥感信息从远距离平台(如卫星)传回地面站。信息处理设备包括彩色合成仪、图像判读仪和数字图像处理机等。
遥感（RS）与地理信息系统（GIS）技术的发展及其在地理学研究中越来越广泛和深入的应用，已经导致这一学科研究方法，特别是地理学研究中空间对象的观测与信息获取方法产生了根本性的变化，极大地提高了对地观测能力和丰富了观测内容，深化了人们对地理现象的认识。
（一）遥感技术分类
遥感技术主要是指通过物体对电磁波的辐射或反射，不与物体进行直接接触，远距离辨识及测量目标对象的一种监测技术。按照所使用的监测波段不同，该技术可分为以下几种类型：热红外遥感技术、可见光反射红外遥感技术和微波遥感技术。
（二）遥感技术的特点和作用
遥感技术的特点如下：监测速度快、范围广、能够进行长时间动态监测、投入成本低、回报高、无需现场采集样本、可以发现常规法无法监测到的污染源；其较为明显的作用是可对指定区域进行跟踪测量，并且能够快速获取与污染有关的全方面信息，如污染源位置、污染范围、污染物分布及扩散情况、大气生态效应等等。（三)遥感技术的优越性
探测范围大：航摄飞机高度可达10km左右；陆地卫星轨道高度达到910km左右。一张陆地卫星图像覆盖的地面范围达到3万多平方千米，约相当于我国海南岛的面积。我国只要600多张左右的陆地卫星图像就可以全部覆盖。获取资料的速度快、周期短。实地测绘地图，要几年、十几年甚至几十年才能重复一次；陆地卫星4、5为例，每16天可以覆盖地球一遍。
受地面条件限制少：不受高山、冰川、沙漠和恶劣条件的影响。
方法多，获取的信息量大：用不同的波段和不同的遥感仪器，取得所需的信息；不仅能利用可见光波段探测物体，而且能利用人眼看不见的紫外线、红外线和微波波段进行探测；不仅能探测地表的性质，而且可以探测到目标物的一定深度；微波波段还具有全天候工作的能力；遥感技术获取的信息量非常大，以四波段陆地卫星多光谱扫描图像为例，像元点的分辨率为79×57m，每一波段含有7600000个像元，一幅标准图像包括四个波段，共有3200万个像元点。
（四）遥感技术的应用范围
目前，遥感技术已在我国诸多领域内得到广泛应用，具体包括：农林牧渔业环境监测；地质、地理、水文、气象、海洋等环境监测；城乡规划、资源勘探、军事侦察、土地资源管理等等。现阶段，随着科技水平的发展速度不断加快，促进了遥感技术的发展，该技术目前能够测出水中大部分微量元素的实际含量，如叶绿素、水温、泥沙含量以及水色等等，而且其还可以测量出大气的温度、湿度以及各种有害气体的浓度和分布情况，在固体污染物的测量方面也有一定的作用。
城市的飞速发展带来了一系列城市污染问题。常规的人工调查方法由于周期长，耗资大，不能及时反映城市环境变化的趋势。而遥感（RS）技术由于具有快速、准确、大范围和实时地获取资源环境状况及其变化数据的优越性，成为城市环境监测的主要手段。
城市环境是自然环境和社会环境综合作用下的人工环境。污染物一般可分为化学性、物理性和生物性三大类。其中，现在遥感技术可以有效地监测城市中的大气污染、水污染、地面污染、固体废物堆场污染和热污染，并且可以监测城市土地利用变化、城市交通、灾害预警等方面。
二、遥感技术在城市环境监测中的具体应用
（一）在大气环境监测中的应用
大气污染主要是指工业和生活燃煤排放的废气烟尘、粉尘、扬尘以及人工合成物质自然挥发有毒有害气体对大气的破坏。遥感综合技术在城市环境监测为大气环境质量监测和评价提供了有效的途径。根据遥感影像特征可对大气污染的范围、污染源的位置、污染物的扩散途径进行监测结合实地观测数据还可对大气污染的程度进行测定。常规的大气环境监测的做法是在典型区布点采样,在室内分析大气中污染物的含量,并据此来监测和评价大气环境质量。量点的监测数据来评价全区,代表性和可靠性均差。
或者通过对穿过大气层的太阳直射光和来自大气和云的散射光以及来自地表的反射光的谱分析,可以测量它们的光谱特征,求出大气气体分子的密度,从而确定大气中废气和有毒有害气体的含量,并可用此来对大气环境进行监测。灾害性大气污染主要是沙尘暴。卫星图像拥有红外通道，可以确定沙尘暴的位置,同时它所具有的高时间分辨率(如1小时重返),更有利于大尺度监测沙尘暴的运动轨迹。目前沙尘暴研究和监测的主要利用遥感手段。例如：
1.臭氧层监测。因臭氧自身能够吸收0.3微米以下的紫外区中的电磁波，故此可采用紫外波段进行臭氧含量测定。此外，若大气中的臭氧含量达到一定高度时，温度也会随之升高，所以也可采用红外波段进行探测。
2.有害气体监测。对于由自然或人为条件下生成的二氧化硫及氟化物等有害气体，可采用间接解译标志进行监测。通常情况下，当植被受到一定程度的污染后，其对于红外线的反射能力会有所降低，加之纹理、颜色等外在特征也会异于正常状态下的植被，所以可利用植被这一特点，对污染情况进行间接分析。二）在水环境监测中的应用
应用遥感技术对水环境进行监测主要是以清洁水与污染水的反射光谱作为监测依据。正常情况下，清洁的水体其反射率较低，而且对于在光的吸收较强，从而使得其在遥感影像中呈暗色调，这一特征在红外谱段上更为明显。在进行水体监测时，可将水色指标及光谱特征作为遥感技术监测的主要依据。由于遥感技术监测的范围较广，从而使其在水体扩散时能够及时发现污染物的扩散方向、排放源、影响范围及程度，以便尽快找到污染源。因水体中的污染物种类较多，且过于繁杂，为方面遥感监测，通常将水污染分为废水污染、泥沙污染、热污染、石油污染等几种类型。
1.污染监测。利用红外传感装置能够有效地监测到水体中的热污染，由于热污染会释放出热效应，红外传感器则可根据水体热效应的实际差异监测到污染源，再通过计算机或光学分析，便可得出水体的等温线，进而达到对水体污染定量解译的目的。
2.石油污染监测。就港口和海洋而言，石油污染属于一种较为常见的水污染。利用遥感技术对石油污染进行监测，不但可以确定污染区的实际范围和石油含量，同时还能追踪到污染源。由于石油与海水的光谱特征差异较大，所以在很多光谱段上均可将石油与海水分开。
3.废水污染监测。由于废水中所含的悬浮物种类较多且水色差异较大，加之特征曲线上的强度也有所不同，所以可采用多光谱合成图像对废水进行监测。此外根据废水中水温的差异情况，也可采用热红外进行监测。
（三）在地面污染监测中的应用
应用遥感技术对地面污水的排放造成的污染,可应用航空遥感拍摄的像片清楚地圈定出其污染范围。例如,当灌溉的农田遭受污染后,作物的生长在色调上有特殊变化,能同其他一般的禾苗区分开来。此外地下水的污染也会引起地面植被的变化,与正常生长区的作物有不同的光谱表现。多光谱成像仪能监测这些变化,从而圈定地面污染分布范围,进一步对地面污染做出预防规划。
因此,应用遥感技术，不但能圈定地面污染的分布范围,而且还能够对地面污染进行规划性的预防。例如,遥感综合技术在煤炭的自燃隐火监测中的应用。煤炭的自燃隐火不但每年要烧掉十亿吨煤炭资源,还要造成大面积的污染。地矿有关部门应用航空红外扫描仪,煤炭总公司应用地面红外测温仪,按地表温度的细微差异圈定隐火区,区分出燃烧区和燃尽区,分析其蔓延方向及规律,为大规模整治煤炭隐火提供了新的方法和经验。
（四）在城市环境监测中的应用
由于城市中一些工业企业的存在、汽车尾气排放、固体废弃物等，致使城市环境污染日趋严重，人们的工作和生活都建立在城市环境的基础上，环境质量的优劣与人们的关系极为密切。利用遥感技术能够监测到影响城市环境的具体因素，这样有利于在进行城市规划中，对城市整体结构及工业布局进行适当调整，以此来降低环境污染。遥感技术在城市环境监测中的应用主要有以下两个方面：其一，研究土地变化及分类；其二，通过遥感技术提供的各种信息，政府有关部门可以此作为依据，对城市的工业布局及人口分布进行决策和管理。
（五）在固体废弃物监测中的应用
城市的固体废弃物的类型主要有居民生活垃圾、建筑垃圾、工业垃圾，以及混合垃圾,以上几种废物的混合物等。根据遥感图像的特征(如形状、色调或色彩)可以有效地调查固体废物堆场,尤其是利用航空热红外图像更为有效。由于固体废物自身的物理化学分解作用,其温度一般高于周围地物,这在热红外图像上有着明显的色调特征。在城市中有的堆放物的影像特征与固体废弃物堆很相似,解译时容易混淆，因此需要适当地进行一些实地调查。例如,城乡结合部的垃圾堆与农村中的稻草堆粗看起来两者色调、形状都很接近,分布位置也无特点，但若仔细观察可见稻草堆顶部凸出,边界圆滑清晰,而垃圾堆则较平坦,边界模糊。此外,由于城市中各种固体废弃物堆场的分布在空间与时间上均受到各个城市多种环境因素的制约。因此,根据堆放物位置的分布特征来判定堆放物是堆放物判定中的重要一环。例如,在人口集中、建筑密度大、管理严格的城市中心区,不太可能出现大面积的生活垃圾堆和工业垃圾堆,建筑垃圾堆只能堆在建筑工地周围或较偏僻的小马路上,而大的原料堆场也只可能出现在车站或码头附近,因此根据堆放位置可以进行堆放物性质的判断,从而进行正确的固体废物堆场污染监测。三．结论
总而言之，遥感综合技术将帮助人们突破传统污染监测方法的局限,提高城市环境保护和污染监测能力,保护生态环境的平衡、提高人们生存环境的质量。同时它还将完成大量的基础研究工作,建立中国典型地物的波谱数据库和制定资源遥感调查技术规范。环境保护现已成为我国一项重要的基本国策，在未来的工作中，应加大遥感技术的应用力度，使其在环境保护方面的作用得到充分发挥。
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